基于STM32的煤田火区远程智能分级注水系统及应用

传统的注水方法不科学,注水作业工程量巨大且效率低,造成了大量的水资源浪费,为了解决该技术难题,研究了煤田火区远程智能配注技术,将温度参数采集模块、电路控制模块、流量控制阀集成在智能配注器内并长期置于地面,结合无线通信技术及自动调整算法,形成了包括智能配注器、智能测控充电一体仪及地面通信控制主机的智能配注工艺。开发了监测系统远程调整注水流程和测温流程的作业时间,从而控制注水流量,实现了注水流量2 L/s、1 L/s、0.5 L/s的分级调控。新疆三道坝火区的现场试验表明,煤田火区智能分级注水技术可为煤火区智能化灭火提供技术支持。

马兴瑞指导煤田火区治理工作 途中调研五鑫铜业

自治区党委书记马兴瑞6月11日来到乌鲁木齐市乌鲁木齐县、昌吉回族自治州阜康市,深入部分煤田火区,实地调研指导灭火治理工作。途中,马兴瑞还调研了新疆五鑫铜业有限责任公司。

煤田火区氧化煤分阶催化气化及作用机理

煤田火区热量较大,火区高温会对周围煤体造成影响,在火区受到有效控制或蔓延至其他区域后,往往在火区边缘或邻近煤层形成数量较大的氧化煤。与原始煤炭相比,氧化煤热值低、灰分高,难以作为常规燃煤利用,目前多与优质煤混合利用,导致混煤整体燃烧热值降低且炉渣量增加,严重影响电厂锅炉运行效率。为了更好地利用氧化煤,实现资源利用最大化,提出了氧化煤的分阶催化气化思路,并提出使用价格低廉的膨润土作为高温阶段的催化芯材,通过分阶式催化剂分别实现氧化煤气化过程的初期快速活化和后期催化气化,从而实现氧化煤高效气化利用。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和孔隙分析表征氧化煤催化气化过程中关键结构演变特征,并利用热重质谱联用开展气化实验,通过特征参数分析气化前期和后期反应特点。结果表明:分阶式催化剂由外层K_(2)CO_(3)和内层膨润土构成,其表层K_(2)CO_(3)能明显促进氧化煤初期热解过程中孔隙结构的形成,在气化初期产生大量微孔结构,增加氧化煤与气化剂CO_(2)的接触面积,提高氧化煤反应活性;含Na+阳离子的膨润土可以在高温阶段发挥稳定催化作用,弥补了K_(2)CO_(3)在高温阶段易挥发和失活的缺陷。在分阶式催化剂作用下,碳晶格单元的生长速度减小。这表明分阶式催化剂可以插入碳芳环的边缘,导致内部晶格出现缺陷,从而有效抑制氧化煤焦的石墨化进程,保证连续催化气化反应。当K_(2)CO_(3)和钠基膨润土的质量比达到1∶1,整体催化气化效果最佳。分阶式催化剂在热解阶段也起到一定的催化作用,能促进氧化煤热解脱挥发分释放出氢气。在气化反应阶段,分阶式催化剂能有效降低氧化煤气化反应温度以及合成气产率峰值温度,提高气化反应速率。CO和H_(2)体积分数峰值对应温度的降低幅度分别达到97.4、129.1℃,具有明显的催化效果。氧化煤的分阶式催化气化高效制取合成气为火区氧化煤高效利用提供了新思路,可避免大量火区滞留煤炭资源的浪费。

新疆第五次煤田火区普查成果分析

相较于2013年新疆开展的第四次煤田火区普查成果,新疆新生煤田火区增加,部分未治理的煤田火区面积扩大以及责任主体灭失,给新疆煤炭工业的能源基地建设、井田划分、矿区规划、矿井安全生产、生态环境保护带来严重影响。2019年,新疆开展了第五次煤田火区普查,以新疆第五次煤田火区普查结果为研究对象,分析了新疆煤田火区的特点、变化原因、危害和影响。新疆煤田火灾存在分布广、发展快、新火区产生快、易发煤火风险区域多等特点,煤田火区的持续燃烧造成损失煤炭资源、污染大气环境、破坏土壤环境、污染水资源、易发地质灾害等危害。针对上述特点和危害,提出了新疆煤田火区治理措施,为新疆煤田火区治理规划提供了基础资料和决策依据。

基于遥感技术的乌达煤田火区变化监测

采用遥感反演、自然间隔点分割与空间叠加分析等技术手段,提取1989、2001、2005年的乌达煤田火区范围,分析煤田火区的空间分布格局、空间演变态势、变化速度与变化趋势。研究结果表明:1989—2005年乌达煤田火区面积增加了98.10万m2,每年新增约6.13万m2,年增加率为2.48%,乌达煤田南部的A(12、13与14号)火区面积在逐渐减少,其他火区的面积在逐渐增加,并向四周扩散蔓延形成新的燃烧带。

煤田火区环境效应分析

煤层自燃形成的煤田火区是煤矿区重要灾害之一,中国北方大规模的煤层自燃,不仅直接烧毁宝贵的煤炭资源,危及矿井安全生产,而且还带来一系列环境问题,对我国煤炭工业可持续发展构成严峻挑战。本文结合实际,从地质、大气、水、土壤、生态和人类健康影响等方面,对煤田火区的环境效应进行了系统分析,提出了煤火环境治理的建议。

内蒙古乌达煤田火区相关裂隙研究

针对当前煤层自燃研究中的薄弱环节,以强化地质因素研究为切入点,选择内蒙古乌达石炭二叠系煤田为工作区,深入研究裂隙系统在煤田火区形成的点→线→面扩展演化动力学过程中所起的重要作用.从成因角度将与煤田火区相关的裂隙划分为构造裂隙、采动塌陷裂隙、燃烧裂隙等3种基本类型和5种复合类型.其中,构造裂隙对采动塌陷裂隙和燃烧裂隙具有控制作用,燃烧裂隙通常在构造裂隙和塌陷裂隙基础上发育,单独的燃烧裂隙少见.野外调查和高分辨遥感解译证实,乌达煤田火区分布在裂隙密度较大的区域,裂隙类型与火区类型具有良好的相关性.

煤田火区高温氧化燃烧特性参数测试装置研发

针对煤田火区高温贫氧氧化燃烧特点、现有煤自燃特性参数测试装置的特点和不足,研发了一种煤田火区氧化燃烧特性参数测试装置,并对该装置进行了温控性能检测和煤田火区燃烧特性实验。实验结果表明,该装置温控性能良好,能够测试不同氧气浓度条件下,以不同升温速率或升温方式模拟的煤田火区燃烧特性参数。

基于DS-InSAR的乌达煤田火区长时序地表形变监测与分析

煤火燃烧不仅浪费了大量煤炭资源,而且严重破坏了火区生态环境,而传统监测方法存在范围小、频率低、成本高、危险大等问题。为此,研究了一种基于分布式目标合成孔径雷达干涉测量(distributed scatterer interferometric synthetic aperture Radar,DS-InSAR)技术的煤田火区监测方法。该方法通过快速同质点识别算法(fast statistically homogeneous pixels selection,FaSHPS)选取同质点,然后利用特征值分解方法对这些同质点进行相位优化,并根据时间相干性获取最终的分布式目标,最后结合短基线集(small baseline subsets,SBAS)InSAR处理步骤解算时序地表形变。以2017年3月—2019年4月63景Sentinel-1A影像为数据源,利用本文方法获取了乌达煤田时序地表沉降,并与临时相干点合成孔径雷达干涉测量(temporarily coherent point interferometric synthetic aperture Radar,TCP-InSAR)技术监测结果进行了可靠性验证,结果表明:两者间的相关系数为0.84,监测点位密度比TCP-InSAR提高1.24倍;乌达煤田存在严重的地表形变现象,研究区域内最大形变速率为-215 mm/a;煤火区在秋冬季节地表形变变化相对较快,且具有多个形变延伸方向及发育程度不同的沉降中心。

煤田火区裂隙场及其透气率分布特征

在分析煤火控制体范围及其介质属性特征的基础上,结合煤层开采上覆岩层移动规律,确定了煤火控制体内不同裂隙区域空间范围及其透气率的计算方法。提出了单元煤田火区烟气流场模型等效透气率Ke的计算方法。在此基础上,提出了单元火区单位时间耗氧量的计算方法。

新疆煤田火区火风压模式研究及其应用

通过对新疆煤田火区火风压物理过程的分析,提出煤田火区火风压由地上、地下区域组成.地上、地下区域火风压主要是由空气柱内外温度差形成的密度差导致对流作用产生的.同时认为地下区域箱体内存在烟气的多变膨胀效应.基于上述作用机理,提出了新疆煤田火区火风压计算模型,并对火区状态系数C进行了分析.从确定火区地面覆盖层厚度和估算火区温室效应气体排放量2个方面对该模型进行了应用分析,初次提出了火区温室效应气体排放量的估算模型.

煤田火区温室气体排放通量及其影响因素研究

煤田火区温室气体的排放速率在时间和空间上由于影响因素而存在差异,本研究在对目前气体排放通量研究基础上,采用空气动力学法对神府矿区活鸡兔火区排放CO_2、CH_4气体和风速、温度以及气压等环境参数进行原位监测,测试结果表明,CO_2和CH_4通量的变化规律一致,火区内CO_2、CH_4排放通量变化范围为3.88~30.46 mg/(m^2·s)和0.12~1.36 mg/(m^2·s);通过相关性分析,环境因素对两种温室气体的排放影响很大,火区CO_2、CH_4的排放与风速、温度以及气压均呈显著正相关,相关性大小依次为风速>温度>气压,论证了所建的浓度梯度模型对煤田火区温室气体排放通量的适用性,进而为煤田火区有害气体污染治理提供了思路。

基于3S技术支持的煤田火区环境遥感监测与治理

在分析宁夏汝箕沟煤田煤层自燃现象及其火区灾害特征的基础上 ,以遥感方法为主、结合其他观测方法研究了煤层自燃的特征及其物理场模型 ,通过四层空间的数据采集方法实验 ,提出了经济而有效的动态监测方法体系、灭火方法和适用于煤田火区灾害治理和环境恢复的信息管理支持系统。

煤田火区环境影响综合评价指标体系与评价方法

在研究煤田火区对自然-社会经济系统影响的基础上,提出了煤田火区环境影响综合评价指标体系的构建思路,建立了煤田火区环境影响评价的一般性指标体系,包括5级32个指标。以内蒙古乌达煤田火区为实例,论述了煤火环境影响综合评价的实施过程。根据煤田火区特征,在一般指标体系框架内确定了23个评价指标,采用层次分析法与综合指数法相结合,建立了火区环境影响综合评价公式。评价结果表明,乌达煤田火区对环境的影响为较严重水平,与定性分析结果相符。

煤田火区有害气体排放的环境影响评估方法研究

煤田火区有害气体的排放非常显著,已经引起广泛关注。基于目前的研究进展,分析了煤田火区有害气体排放的影响因素,在此基础上建立了煤田火区有害气体排放的现场调查方案,分析了适用于煤田火区有害气体扩散计算的数学模型,提出煤田火区有害气体排放的环境影响评估方法以及防治对策,并展望了其评估方法的应用前景,以为煤田火区区域大气污染的治理效果分析提供科学依据。

新疆煤田火区现状调查研究--小尺度区域热辐射信息分析

开展煤田火区现状调查,研究其对区域气候变化、生态响应系统的影响是评估自然灾害研究中的重要方面。选择新疆部分煤田火区进行了实地考察,开展了小尺度区域热辐射信息分析,依据现场实测资料分析,给出煤田热隐患状态的适度评定。分析结果表明:小尺度区域热辐射测量方法可用于判别已灭煤田火区的灭火效果分析及新形成火区探测;对于正在燃烧的煤田火区可判断火区的范围并为灭火提供参考依据。

煤田火区挥发燃烧机理分析及实验

根据煤田火区挥发燃烧的特点,建立了煤田火区挥发燃烧数学模型和物理模型,用解析方法对数学模型中的控制方程进行求解,得出了在相对静止高温环境中煤层挥发燃烧速度、挥发份组分含量、燃烧火焰温度等参数的解。根据解析的结果,煤田火区挥发燃烧火焰的温度是按挥发份的低热值计算的绝热燃烧温度。在实际的火区中,由于自然对流或强迫对流的作用,真实温度要比绝热燃烧温度低。实验研究发现,在外界加热过程中,不仅发现受热面受到外界的升温影响最大,而内部受到外界影响较小,而且发现在外界温度升高达到一定的程度后,受热面温度会超过外界温度持续上升,这说明该处煤开始了氧化放热。在风量增大后,受热面的温度增长幅度由于煤氧化放热加强而略微提高,而煤体中间层温度下降幅度由于气体对流散热增强而略微提高。

航空热红外技术在煤田火区勘探中的应用研究

随着遥感技术的普及,航天航空热红外探测技术已被广泛应用到了森林火灾监测、地下热水以及城市管线勘查等众多领域。地下煤氧化燃烧是一种放热反应,会对周边环境产生影响,如热效应、地表沉陷和火灾烟气的污染等。煤火探测主要从勘查区的热异常、地表沉陷和区域空气异常3个方面进行。同时,煤火探测的主要目的是确定煤火的空间位置及状态。

基于ASTER数据的煤田火区温度异常信息提取方法研究——以新疆轮台县阳霞火区为例

为了检测煤田火区引起的地面温度异常地区,利用热红外遥感的手段,在讨论了ASTER数据地表温度反演的方法的基础上,应用ASTER热红外波段数据反演地表温度,把得到的温度影像进行阈值分割来提取地表温度异常信息,然后与实地测量得到的该区域的地表火区分布情况进行了对比验证。试验表明:从ASTER卫星图像上提取的温度异常区和实地测量圈定的煤田火区分布位置具有较好的对应关系。

高分辨和瞬变电磁法在煤田火区环境地质灾害治理中的应用

火区下部空区和燃烧中心区的勘探在煤田火区环境治理过程中十分重要,常规的勘探方法难以解决。利用高分辨和瞬变电磁法相结合的方法可以有效解决这一技术问题,确保灭火施工安全和高效。